三、關鍵零部件的制造難度
FCV在生產(chǎn)方面的另一個問題,是關鍵零部件的供給難度。
EV的零部件供應,基本上是既存工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的延伸;而FCV的零部件生產(chǎn),則完全需要在全新的領域進行研發(fā)。
燃料電池的核心裝置——燃料電池堆,是由數(shù)百枚高分子電解膜疊加而成,在制造上要求非常高。雖然燃料電池堆制造的具體信息并沒有公布,但從目前MIRAI那極低的生產(chǎn)臺數(shù)上看,或者零部件的加工工藝性太差,或者豐田公司現(xiàn)在還沒有解決量產(chǎn)加工工藝問題。
另外,能夠承受700個大氣壓的高壓氫氣儲罐,其制造工藝也非常復雜。
氫氣因為體積很小,因此在高壓下氫氣分子會滲入到金屬的晶體之間,使金屬變脆。所以,F(xiàn)CV的氫氣儲罐必須使用高分子樹脂材料。
從豐田公司所公開的資料來看,氫氣儲罐使用多層樹脂制造:在內(nèi)層,使用高分子致密性材料阻止氫氣泄露;在外層,使用高強度碳纖維及納米尼龍材料保持強度。當然,罐體材料還要具有保溫性能,同時還要保持低溫環(huán)境下(罐內(nèi)的氫氣溫度為-40攝氏度)的強度。
在使用吹塑成型的內(nèi)層外側,一層層地纏繞用碳纖維加固的高分子材料扁片。纏繞方式分沿圓周方向、軸向和螺旋方向三種,反復纏繞直符合要求為止。因隨著儲罐內(nèi)氫氣的放出,罐內(nèi)壓力下降導致儲罐縮小,故外層材料除要求有足夠的強度之外,還要具備一定的伸縮性能。
在極端的使用狀況下,氫氣儲罐要承受接近常壓~700大氣壓的反復變化,罐體材料容易產(chǎn)生疲勞。所以日本規(guī)定罐體材料必須具備能夠承受22,000次壓力變化的耐久性。
需要這樣復雜的制造工藝,F(xiàn)CV的制造成本恐怕會一直居高不下。
四、社會基礎設施的建設難度
新能源車的普及所需要面對的一個重要的問題是:無論EV還是FCV,其普及推廣都需要社會基礎設施的跟進。那么,目前充實EV用充電樁和燃料動力車用“加氫站”的成本如何?
從國內(nèi)電動汽車電商寶工商城可以了解到:家用充電樁分為“壁掛”式和“埋地”式兩種,價格為從兩千多元到萬元,設置所需時間為一兩個小時之內(nèi)。而設置商用充電站(備有復數(shù)的重點樁),總投資(不含地價),為500萬元至幾千萬元之間。但因國內(nèi)沒有配套于燃料動力車的加氫站,下面我們看看同時擁有這兩種設施的日本的狀況。
在日本,EV充電分為普通充電和快速充電兩種。和普通充電需要8小時相比,快速充電只需要30分鐘就能充滿80%的電力,名為“CHAdeMO”。“CHAdeMO”是一個日語組合詞,包含著“CHArge de MOve”(為運行而充電)、“在飲茶時即可充電”等意思。具有快速充電能力的充電樁較貴,每臺200~500萬日元,算上安裝工程費用為300~1,200萬日元。考慮到在日本建設一座汽油加油站約需1億日元這一狀況,建設充電占的成本應該說是很低的。根據(jù)日本CHAdeMO協(xié)議會的發(fā)表,截至2015年11月9日,日本國內(nèi)共設置了EV充電設施5,484座,而全世界對應日本充電規(guī)格的充電設施共設置了9,197座。
在日本,建設一座中規(guī)模的FCV加氫站,需要4.5億日元。為緩解建設加氫站所需的巨額建設成本,日本政府設立了“氫氣供給設備整備事業(yè)費輔助金”制度,為每座加氫站提供2.5億日元的補貼。
在這種條件下建設的加氫站出售的氫氣價格為每公斤1,000日元(免除燃料稅等)。充滿一罐氫氣約需4,300日元。綜合MIRAI最大行駛距離650千米這一指標,上述氫氣價格和一臺混合動力車的燃料成本相近。
但是,即使日本政府對加氫站提供了高額的財政補貼,日本國內(nèi)加氫站的建設速度仍遠遠落后于政府目標。按照日本政府發(fā)表的“氫氣及燃料電池戰(zhàn)略路線圖”,2015年日本國內(nèi)以四大都市圈(東京、大阪、名古屋及福岡)為中心,應建設100座加氫站??墒?,截至于2015年10月下旬,日本全國僅建成加氫站28座,不及計劃的1/3。
加氫站的建設,需要投入天文數(shù)字的社會資本。就連直接利益者——豐田公司自身都不準備建設加氫站,這一事實從側面說明了普及加氫站的難度。
從這個角度看,豐田的FCV“MIRAI”續(xù)航距離為650千米,本田的FCV“CLARITY”續(xù)航距離為750千米,與其說是表明了車輛的性能優(yōu)異,不如說是廠家應對加氫站數(shù)量過少的一種無奈之舉。
從爭奪社會資源建設基礎設施的角度看,同為新能源車的EV與FCV在某種意義上,是一種互為競爭對手的關系。而從中央政府有效利用社會資源的角度看,應該是全力促進其中一種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而不應“腳踩兩只船”。這種做法,將會使目前捉襟見肘、入不敷出、寅吃卯糧的日本政府的財政狀況變得更加雪上加霜。同時,這種“一心二用”的做法,也會阻礙相關行業(yè)的健全發(fā)展。
五、能量充填的難度
在EV和FCV補充燃料方面,EV遠遜于FCV。
目前日本國內(nèi)最快的充電方式,為“CHAdeMO”方式。據(jù)介紹,使用這種快速充電方式,可在30分鐘內(nèi),為日產(chǎn)聆風(Leaf)EV充滿80%左右的電力。使用這些電力,EV可以行駛180千米。
而FCV在加氫站用3分鐘時間即可裝滿氫氣。使用這些氫氣,MIRAI可以行駛650千米。
造成這種現(xiàn)象的原因,是目前人們還沒能找到一種高效、高能量密度的蓄電池。但是,這個問題并不是沒有解決方法。
首先,可以通過建設社會技術設施來解決EV續(xù)航距離短的問題。
比如,可在EV的巡航里程之內(nèi)建設充電站,同時在公共停車場內(nèi)建設充電設施。如果在EV乘客進行購物和娛樂的同時在停車場為EV充電,那么EV充電時間長的問題就會迎刃而解。而如果充電設施的分布能夠達到隨停隨充的程度,蓄電池容量低的問題也就不顯得突出了。南方很多城市的公交系統(tǒng)采用的“換電”方式,也是解決這一問題的重要途徑。
其次,根據(jù)車輛用戶的日常用車規(guī)律來選擇車型。
目前狀況下,EV最適用于類似于市內(nèi)交通的短途駕駛。實際上,除需要長途行駛的用途之外,絕大多數(shù)用戶都是每天行駛距離較短的。據(jù)日產(chǎn)汽車公司對該公司生產(chǎn)的聆風(Leaf)車用戶的追蹤調查,絕大多數(shù)用戶每天的行駛距離為30千米。遠遠達不到該車250千米的續(xù)航里程。
本項結論:雖然FCV充能速度優(yōu)于EV,但并非無法解決。
六、環(huán)保程度
同為新能源汽車,以環(huán)保為賣點的兩種車輛,其環(huán)保型能如何?
在評測某一款汽車的環(huán)保型能時,國際上通行的做法,是進行“Well to Wheel”評價。即從井(Well)開始,直到汽車(Wheel)行駛為止,整個過程所產(chǎn)生的二氧化碳總量。
比如,汽油車的場合,需要計算從油田抽出石油,在化工廠提煉出汽油,裝填到汽車的油箱中驅動車輛行駛,同時考慮在油田的石油運輸?shù)礁鱾€結點的運輸過程中所產(chǎn)生的二氧化碳總量。
FCV的效率則和如何制取氫氣有很大的關系。
氫氣是宇宙中最輕的物質,即使地球的引力也無法束縛。所以,單質的氫氣在地球上并不存在。獲得FCV所需要的氫氣,需要花費能量(一般是電力)從化合物中提取。也就是說,氫氣和電力一樣,都屬于二次能源。
從原理上講,F(xiàn)CV是一種混合動力車,其驅動方式和混動車中的“串聯(lián)”方式相近。即發(fā)動機(在這里,是燃料電池)發(fā)電,帶動驅動用電動機運轉,使車輛行駛。無論通過何種途徑獲取氫氣,在車內(nèi)都存在著一個化學能轉換為電能的能量轉換過程。在這個過程中,會產(chǎn)生能量的消耗,即使不考慮在燃料電池中氫-氧化合反應的效率,也存在著一個產(chǎn)生大量的反應熱的能量消耗(因此FCV的散熱器要大于普通汽油車)。
為實現(xiàn)用氫氣驅動車輛行駛的目的,需要進行多次的能量形式轉換??紤]到效率問題,能量轉換的次數(shù)越多,則損失的能量越多,環(huán)保性能就越差。
和FCV相比,EV需要的是電力本身。所以,在“Well to Wheel”的整個過程中,EV減少了能量形式的轉換過程,所以在整個過程中排放的二氧化碳總量要少。
所以,F(xiàn)CV的環(huán)保性低于EV。
從上面的分析看,幾乎在所有的因素中,和EV相比,F(xiàn)CV都處于競爭的劣勢地位。

